Spécialité «Energie et Environnement» (Introduction à la spécialité EE)

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2 FICHE PEDAGOGIQUE Support d activité : Durée: Niveau Enseignement Type d activité : Voiture radiotélécommandée 4h Classe de 1ère Enseignement de spécialité EE Centre d intérêt : Objectifs : Compétences : TP Méthode de travail En groupe de 5 élèves INTODUCTION A LA SPECIALITE "EE" O9 - Gérer la vie d un système CO9.ee1. Expérimenter des procédés de stockage, de production, de transport, de transformation, d énergie pour aider à la conception d une chaîne d énergie Point du programme : 4. Réalisation et qualification d'un prototype Essais et réglages en vue d'assurer le fonctionnement et d'améliorer les performances Matériel : Logiciel : Pré-requis : 1 voiture radio-télécommandée 1 multimètre 1 chronomètre 1 mètre Internet Aucun Remplace l édition du : / / Par : Equipe pédagogique Intro_EE_Prof_TP1_2012 Page 2

3 1. PROBLEMATIQUE 1.1. Mise en situation Cette activité se décompose en deux parties distinctes : - 1 ère partie «Présentation de l enseignement de spécialité Energie et Environnement», - 2 ème partie «Exemple d une étude de cas menée dans l enseignement de spécialité Energie et Environnement» ère partie «Présentation de l enseignement de spécialité EE» Cette partie a pour objectif de vous présenter l enseignement de spécialité Energie et Environnement à travers une activité de recherche où vous répondrez notamment aux questions suivantes : - C est quoi la spécialité «EE»? - Qu est-ce qu on va voir? - Qu est-ce qu on peut faire après un bac STI2D-EE? - Et quels métiers peut-on faire plus tard? ème partie «Exemple d une étude de cas menée dans l enseignement de spécialité EE» Cette partie a pour objectif de vous présenter un exemple d une étude de cas menée dans l enseignement de spécialité Energie et Environnement». On dispose de trois voitures radio - télécommandées. On souhaite évaluer et comparer les performances des trois technologies utilisées. Cela permettra, par la suite, d améliorer les performances (mécaniques, énergétiques, ) des voitures Remplace l édition du : / / Par : Equipe pédagogique Intro_EE_Prof_TP1_2012 Page 3

4 2. 1 ère PARTIE «PRESENTATION DE L ENSEIGNEMENT DE SPECIALITE EE» 2.1. Travail demandé 1) A l aide du diaporama «STI2D-EE», complétez la fiche de synthèse ci-dessous 2.2. C est quoi la spécialité «EE» La spécialité Energie et Environnement explore la gestion, le transport, la distribution et l utilisation de l énergie. Elle apporte les compétences nécessaires pour appréhender l efficacité énergétique de tous les systèmes ainsi que leur impact sur l environnement et l optimisation du cycle de vie. Améliorer la transformation de l énergie (Moteur électrique, thermique, ). Améliorer l efficacité énergétique et tenir compte des enjeux environnementaux (Rejet de CO2, effet de serre, énergies fossiles, développement durable,...). Améliorer la production et le stockage de l énergie (Pile à combustible, batterie, ). Exemple? Remplace l édition du : / / Par : Equipe pédagogique Intro_EE_Prof_TP1_2012 Page 4

5 2.3. Qu est ce qu on va voir? PRODUCTION D ENERGIE ET DEVELOPPEMENT DURABLE EFFICACITE ENERGETIQUE STI2D «EE» STOCKAGE, TRANSPORT ET DISTRIBUTION D ENERGIE PROTECTION DE L ENERGIE COMMANDE ET TRANSFORMATION D ENERGIE 2.4. Qu est ce qu on peut faire après un BAC STI2D-EE? Et pourquoi pas : Une classe préparatoire aux écoles d ingénieur ou une licence! Remplace l édition du : / / Par : Equipe pédagogique Intro_EE_Prof_TP1_2012 Page 5

6 2.5. Et quels métiers peut-on faire plus tard? SECTEUR DU BATIMENT Chauffage et climatisation, voix données et images, installateurs électriques, SECTEUR DU TRANSPORT Automobile, aéronautique, ferroviaire, maritime, SECTEUR DES SERVICES Enseignement, armée, commerce, bureau d études, organismes de contrôle et de diagnostics, SECTEUR DE L INDUSTRIE Mécanique, automobile, agro-alimentaire, chimique, pharmaceutique, électronique et électrique, STI2D- EE SECTEUR DE LA PRODUCTION, DU TRANSPORT ET DE LA DISTRIBUTION D ENERGIE EDF, RTE, ERDF, 2.6. Mes observations Remplace l édition du : / / Par : Equipe pédagogique Intro_EE_Prof_TP1_2012 Page 6

7 3. 2 ème PARTIE «EXEMPLE D UNE ETUDE DE CAS MENEE EN ENSEIGNEMENT DE SPECIALITE EE» 3.1. Identification des paramètres 1) Quels sont les critères de performances d une voiture? 1) Vitesse de pointe 5) Puissance utile (Force ou couple) 2) Accélération 6) 3) Autonomie 7) 4) Tenue de route 8) 2) Donnez la définition puis les essais à mener des critères retenus par le professeur. Critère Définition et unité Essais à mener et schéma Chronométrer le temps que met la voiture pour parcourir une certaine distance : Vitesse Distance parcourue par unité de temps (En m/s) Il s agirait normalement de mesurer la force ou le couple pendant le déplacement puis de déterminer la puissance utile : Puissance utile (Force ou couple) Effort fourni en translation (En N) ou en rotation (En Nm) Pour des raisons matériels, on se contentera ici de mesurer la masse, à l aide d une balance, que peut déplacer la voiture avant de patiner ou de bloquer Puissance absorbée par la batterie Energie fournie par unité de temps (En W) Mesurer la tension à l aide d un voltmètre placé en parallèle et le courant à l aide d un ampèremètre placé en série sur la batterie : Remplace l édition du : / / Par : Equipe pédagogique Intro_EE_Prof_TP1_2012 Page 7

8 3.2. Essais 1) Effectuez les essais permettant d évaluer les critères de performances retenus. Voiture n Relevé de la distance (En m) Relevé du temps (En s) Vitesse Calcul de la vitesse en m/s puis en km/h 1 m s = km/h = m/s Voiture n Relevé de la masse (En kg) Puissance utile (Couple ou Force) Calcul de la force ou du couple (En N ou Nm) 1 Non demandé! Voiture n Mesure de la tension (En V) Puissance absorbée par la batterie Mesure du courant (En A) Calcul de la puissance absorbée en W 1 V A Remplace l édition du : / / Par : Equipe pédagogique Intro_EE_Prof_TP1_2012 Page 8

9 3.3. Interprétation 1) La vitesse de la voiture est-elle constante du départ jusqu à l arrêt? Expliquez. - Pour démarrer, la voiture accélère c'est-à-dire que sa vitesse augmente progressivement jusqu à atteindre la vitesse nominale (Régime permanent). - Pour s arrêter, la voiture décélère c'est-à-dire que sa vitesse diminue progressivement jusqu à l arrêt complet de la voiture. 2) Tracez l allure de la vitesse en fonction du temps en précisant le nom des différentes phases. Vitesse 0 Phase : Accélération Phase : Régime permanent Phase : Décélération temps 3) Comment aurait-on pu déterminer l accélération et la décélération de la voiture? Il aurait fallu brancher un capteur de vitesse sur la voiture et observer combien de temps met la voiture pour atteindre sa vitesse nominale : En m/s² 4) Un calcul à permis de déterminer la puissance utilisable par la voiture. Celle-ci est inférieure à la puissance fournie par la batterie! Pourquoi? Le système n a pas un rendement de 100% : Il existe des pertes dans les différents éléments que composent la chaîne d énergie (Variateur, moteur, réducteur, ). Remplace l édition du : / / Par : Equipe pédagogique Intro_EE_Prof_TP1_2012 Page 9

10 4. SYNTHESE 1) Comparez les performances avec les autres voitures. Que constatez-vous? - Vitesse : - Puissance utile (Couple ou force) : - Puissance absorbée de la batterie : 2) Complétez la chaîne d énergie de la partie propulsion de la voiture en replaçant les différents termes au bon endroit. Pour s aider, on pourra retirer le capot de la voiture AVEC LE PLUS GRAND SOIN! AGIR - CONVERTIR L ENERGIE DISTRIBUER L ENERGIE TRANSMETTRE L ENERGIE Transmission Moteur Modulateur électronique - Roues Voiture à l arrêt Energie chimique ALIMENTER EN ENERGIE Energie électrique DISTRIBUER L ENERGIE Energie électrique CONVERTIR L ENERGIE Energie mécanique TRANSMETTRE L ENERGIE Energie mécanique AGIR Batterie ou piles Modulateur électronique Moteur Transmission Roues Voiture en mouvement 3) Indiquez le type d énergie (Mécanique, chimique, électrique, ) à chaque niveau de la chaîne d énergie ci-dessus. 4) Proposez des hypothèses permettant d améliorer l ensemble des performances de la voiture. On pourra s aider de la chaîne d énergie! Augmenter la capacité de la batterie, prendre un moteur plus performant, La spécialité «Energie et Environnement» permet à partir d un diagnostic d améliorer les performances énergétiques d un système tout en tenant compte des enjeux environnementaux! Les hypothèses que vous avez émises seront donc étudiées tout au long de l année Remplace l édition du : / / Par : Equipe pédagogique Intro_EE_Prof_TP1_2012 Page 10